CN202788695U - 井筒压力和流量管理系统 - Google Patents

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康波
燕修良
陈永明
杨俊锋
苗智瑜
周鲲
朱焕刚
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Abstract

本实用新型公开了一种井筒压力和流量管理系统，包括常规钻井循环系统、钻井液注入转换系统、辅助泵系统、节流回压系统和监测控制系统。监测控制系统可以监测常规钻井循环系统、钻井液注入转换系统、辅助泵系统以及节流回压系统的相关信息，对控制对象的监测值与设定值进行比较，然后控制所述各个系统对钻井井筒进行压力和流量控制。本实用新型可以提高钻井的控制能力、更快、更经济的达到最终的钻井深度；可以实现对井筒压力和流量的双重控制，从而扩宽井筒压力控制系统的使用范围；消除由于钻井泵启停带来的井筒压力的剧烈波动。

Description

井筒压力和流量管理系统
技术领域
本实用新型涉及一种井筒压力和流量管理系统，尤其涉及一种钻井和完井的全过程期间对井筒压力和流量进行控制的系统。
背景技术
常规钻井过程中，钻柱内孔通过钻头水眼与环形空间形成了一个连通的体系，即U形管。根据U形管原理，常规钻井过程中的井底压力表达式为：
Pb=Pmd+Pla                                             （1）
式1中，Pb-井底压力，Pmd-钻井液静液柱压力，Pla-循环时环空摩擦压力。从此式中可以看出，对于窄压力窗口地层或者老油田的压力衰竭地层，常规泥浆密度设计可以保证静止时井底压力等于所需压力（设计压力）。但是当钻井液开始循环时，井底压力增加了一个环空摩擦压力，此时就很可能就引发井漏。按照常规井控此时需要降低泥浆密度以低于地层破裂压力，如果遇到异常压力地层，井涌就有可能随之发生。这将会导致额外的钻井非生产时间、超额的泥浆成本以及频繁的井控问题，甚至不能钻达设计井深，无法迅速可靠的实现对井筒压力的管理。
在常规钻井技术过程中配备钻柱单向阀、旋转防喷器以及节流管汇，这样整个钻井系统可以承受一定的套管回压，成为一种封闭钻井循环系统, 此时的井底压力表达式为：
Pb=Pmd+Pla+Pa                                          （2）
式2中， Pa-井口回压 (套压)。从此式中可以看出，可以通过施加井口回压来完成对井筒压力的控制，由此产生了控制压力钻井技术。目前的控制压力钻井技术可以完成大多数情况下对井筒压力的控制。但是在柴油机驱动的钻机上，钻井泵的启停速度变化太快，导致井筒内流量急剧变化，造成井口回压控制偏离加大，甚至发散，最终导致井下复杂事故；在非变频钻机上，钻井过程中进入井筒的钻井液流量的调节范围有限，如果可以对进入井筒内的钻井液流量进行控制，再配合井口节流回压系统和辅助泵系统的压力控制，势必会加大对井筒压力控制的范围，扩大钻井系统的适应性；而且，在排气体溢流过程中，气体到达节流阀时，由于气体和液体的密度发生很大的变化，导致套压变化很大，造成井底压力的波动。因此常规的控制压力钻井不能完成钻井全过程的井底压力恒定。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种井筒压力和流量管理系统，实现在钻井或者完井的全过程中对井筒压力和流量的控制。
本发明原理是一方面对进入井筒内的钻井液流量进行控制，再配合井口节流系统和辅助泵系统的压力控制，从而加大对井筒压力控制的范围，扩大钻井系统的适应性。具体方案为：包括常规钻井循环系统、节流回压系统及配合使用的监测与控制系统，其特征在于，还包括钻井液注入转换系统和辅助泵系统；钻井液注入转换系统的入口管线与钻井泵联接，入口管线经过三通管线分为两路：其中一路经截断阀分为两路并分别于钻柱和泥浆罐连接；另一路经过截断阀和节流阀后又分为两路，一路经过截断阀返回泥浆罐，另一路经过流量计量装置后与四通联接；四通的另外三路管线，分别与旋转防喷器的管线出口、井控节流管汇的出口以及节流回压系统的入口联接；节流回压系统包括节流阀和流量计量装置；辅助泵系统包括辅助泵和截断阀，辅助泵出口管线联接截断阀，截断阀的出口管线联接到所述的四通与节流回压系统之间；监测控制系统可以监测常规钻井循环系统、钻井液注入转换系统、辅助泵系统以及节流回压系统的相关信息，对控制对象的监测值与设定值进行比较，然后控制所述各个系统对钻井井筒进行压力和流量控制。
所述监测与控制系统的控制对象可以是钻井立压、套压、井底压力和流量中的一个或者任意个的组合。
所述常规钻井循环系统的防喷器组的顶部安装旋转防喷器，井下钻具组合联接有随钻测量工具和单向阀。
所述的截断阀后串联一个节流阀。
所述辅助泵系统的辅助泵和截断阀之间设有分支管路，其上设有节流阀，分支管路的出口管线联接到所述的节流回压系统的流量计量装置的前端。
所述节流阀的执行器是液压马达带动蜗轮蜗杆。
本实用新型的优点是：(1)可以提高钻井的控制能力、更快、更经济的达到最终的钻井深度；(2)可以实现对井筒压力和流量的双重控制，从而扩宽井筒压力控制系统的使用范围；（3）消除由于钻井泵启停带来的井筒压力的剧烈波动。
附图说明
图1是本实用新型一种井筒压力和流量管理系统的示意图。
图中 1001.常规钻井循环系统，1002.钻井液注入转换系统，1003.辅助泵系统，1004.节流回压系统，1005.监测控制系统；
1.钻柱，2.旋转防喷器，3.防喷器组，4.钻井四通，5.随钻测量工具，6.单向阀，7.井控节流管汇，8.四通，9.截断阀A，10.流量计量装置A，11.截断阀B，12.节流阀A，13.截断阀C，14.截断阀D，15.节流阀B，16.截断阀E，17.钻井泵，18.截断阀F，19.辅助泵，20.流量计量装置B，21.截断阀G，22.节流阀C，23.节流阀D，24.流量计量装置C，25.分离装置，26.泥浆罐。
具体实施方式
下面结合附图1对本实用新型作进一步描述：
常规钻井循环系统1001的防喷器组3的顶部安装旋转防喷器2，井下钻具组合包括随钻测量工具5和单向阀6，由此常规钻井系统成为一钻井过程中的封闭承压系统。
钻井液注入转换系统1002的入口管线与钻井泵17联接，入口管线经过三通管线分为两路，一路经过截断阀E16，节流阀B15后又分为两路，一路与钻柱1联接，另一路经过截断阀D14返回泥浆罐26；另一路经过截断阀C13和节流阀A12后又分为两路，一路经过截断阀F18返回泥浆罐26，另一路经过流量计量装置A10后与四通8联接；
四通8的另外三路管线，分别与旋转防喷器2的管线出口、井控节流管汇7的出口以及节流回压系统1004的入口联接。
节流回压系统1004包括节流阀D23和流量计量装置C24；其出口与分离装置连接25联接，然后进入泥浆罐26。
辅助泵系统1003包括辅助泵19和截断阀G21，辅助泵19出口管线联接截断阀G21，截断阀G21的出口管线联接到所述的四通8与节流回压系统1004之间；辅助泵系统1003的辅助泵19和截断阀G21之间包括一条分支管路，这条分支管路包括节流阀C22，分支管路的出口管线联接到所述的节流回压系统1004的流量计量装置C24的前端。
监测控制系统1005可以监测常规钻井循环系统1001、钻井液注入转换系统1002、辅助泵系统1003以及节流回压系统1004的相关信息，对控制对象的监测值与设定值进行比较，然后控制所述各个系统对钻井井筒进行压力和流量控制；所述的控制对象可以是钻井立压、套压、井底压力和流量中的一个或者任意个的组合。
节流阀的执行器是液压马达带动蜗轮蜗杆。

Claims (6)

1.一种井筒压力和流量管理系统，包括常规钻井循环系统(1001) 、节流回压系统(1004) 及配合使用的监测与控制系统(1005)，其特征在于，还包括钻井液注入转换系统(1002)和辅助泵系统(1003)；钻井液注入转换系统(1002)的入口管线与钻井泵(17)联接，入口管线经过三通管线分为两路：其中一路经截断阀E(16)分为两路并分别与钻柱(1)和泥浆罐(26)连接；另一路经过截断阀 C(13)和节流阀A(12)后又分为两路，一路经过截断阀F(18)返回泥浆罐(26)，另一路经过流量计量装置 (10)后与四通(8)联接；四通(8)的另外三路管线，分别与旋转防喷器(2)的管线出口、井控节流管汇(7)的出口以及节流回压系统(1004)的入口联接；节流回压系统(1004)包括节流阀D(23)和流量计量装置(24)；辅助泵系统(1003)包括辅助泵(19)和截断阀G(21)，辅助泵(19)出口管线联接截断阀G(21)，截断阀G(21)的出口管线联接到所述的四通(8)与节流回压系统(1004)之间；监测控制系统(1005)可以监测常规钻井循环系统(1001)、钻井液注入转换系统(1002)、辅助泵系统(1003)以及节流回压系统(1004)的相关信息，对控制对象的监测值与设定值进行比较，然后控制所述各个系统对钻井井筒进行压力和流量控制。
2.根据权利要求1所述的井筒压力和流量管理系统，其特征在于，所述监测与控制系统(1005)的控制对象可以是钻井立压、套压、井底压力和流量中的一个或者任意个的组合。
3.根据权利要求1所述的井筒压力和流量管理系统，其特征在于，所述常规钻井循环系统(1001)的防喷器组(3)的顶部安装旋转防喷器(2)，井下钻具组合联接有随钻测量工具(5) 和单向阀(6)。
4.根据权利要求1所述的井筒压力和流量管理系统，其特征在于，所述的截断阀E(16)后串联一个节流阀B (15)。
5.根据权利要求1所述的井筒压力和流量管理系统，其特征在于，所述辅助泵系统(1003)的辅助泵(19)和截断阀G(21)之间设有分支管路，其上设有节流阀C(22)，分支管路的出口管线联接到所述的节流回压系统(1004)的流量计量装置(24)的前端。
6.根据1-5任一权利要求所述的井筒压力和流量管理系统，其特征在于，所述节流阀的执行器是液压马达带动蜗轮蜗杆。 
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